2.2 干式激光切割

目前市場上有很多廠家生產很多不同功能的干式激光切割機，但實際上能應用到半導體劃片的只有不可見激光切割技術（切割后Si片表面和背面都看不到切痕）。

這種激光劃片技術運用多光子吸收的光學損傷現象——當聚焦在材料內部的激光強度迅速增強材料即被加工，從而在材料內部形成一個改質層，使材料由結構緊湊、結合緊密的不易于分斷的整體改變成結合松散、易于分斷的脆弱整體（如圖3），然后通過擴張貼片膜，利用貼片膜擴展時的張力使每個芯片分開。

由于這種特殊波長和頻率的激光作用到Si片上的能量只有幾瓦甚至是毫瓦級，劃片完成后，只是在Si片內部形成改質層，在表面和內部都沒有熔融材料，用眼睛也幾乎看不到刀痕。通常會采用紅外線顯微鏡（IR Camera）來觀察Si片的切割痕跡（如圖4所示）。在紅外顯微鏡下，通常改質層的寬度只有1～2μm，這為芯片制造商縮小劃片道寬度，增加單位面積芯片數量以降低成本提供了較大的空間。目前應用的最小劃道寬度只有20μm。

當Si材料被激光加工時，這種激光幾乎沒有熱損傷，所以材料不需要冷卻，整個劃片過程都是在完全干燥的環境中進行。同時不產生熔融材料，所以材料表面完全沒有沾污，這也很好地解決了MEMS怕沾污的問題。

這種激光切割方法可以實現很高的切割速度，且Si片越薄，效率越高。當Si片較薄時，較少的改質層（如圖5）就可以分斷芯片，而Si片較厚時，就需要在同一個截面、不同的位置增加更多的改質層來減少芯片間的連接力，使芯片易于分斷（如圖6）。所以這種劃片方法是沒有厚度限制的，每個改質層可以有相同的速度，這種速度可以達到300 mm／s以上，芯片厚度決定所需改質層的多少，改質層的多少決定劃片的折合速度見表2。

激光加工完成后，由于材料基本上還是一個完整的整體，不能直接拿到抓片機上進行抓片，而必須經過一個擴片的過程，以使相臨的芯片之間有合適的距離來滿足抓片機的抓片要求。通常的擴片方法是擴片盤上升使貼片膜擴張，因為有改質層的部分結合比較松散，輕微的張力就能使其斷開，所以隨著帖片膜的擴張，芯片就被分開，分開后斷面光滑整潔，沒有崩邊（如圖5、6、7所示）。運用這種加工方式，芯片斷面無微裂口和裂隙產生。試驗表明，與刀片劃片方法相比，芯片的機械強度要高出很多（如圖8）。

因為此種劃片方法是在非接觸的、完全干燥的環境中進行，完全沒有熔融材料，沒有污染源，沒有機械損傷，所以不需要構筑保護層，這即保持了MEMS產品的敏感度，提高了MEMS的品質，又簡化了制造工藝，降低了生產成本。

3 結論

MEMS的應用越來越廣泛，人們對MEMS尺寸、敏感度、品質提出了越來越高的要求，使得傳統的劃片方法越來越不能滿足當前的需求，新的激光技術的應用，為MEMS劃片開拓出一片嶄新的前景，提高了MEMS劃片的成品率，降低了MEMS的生產成本。不久的將來，不可見激光劃片方法必將取代傳統的劃片方法成為MEMS劃片的主流。